；放大器204用于对输入缓冲器203a产生电压信号进行放大，同时对高压偏置的噪声进行消除；动态直流偏置和交流反馈模块206 —方面根据输入信号的幅度动态设定放大器204的直流偏置电压(输入信号幅度小时，放大器204的直流输出电压低，可以降低功耗，输入信号幅度大时，放大器204的直流输出电压高，可以提高动态范围)，另一方面利用电容反馈提供交流反馈回路，调整放大器203的放大增益；电压电流转换模块206用于将前级放大的电压信号转换为电流信号，此电流信号流经外部的偏置电阻形成电压信号。电压电流转换模块205由电平移动电路223和可配置负载电阻阵列(由RL1214，RL2215，RL3216和选择开关SW1217，SW2218)组成。电平移动电路223包括三个器件，N型场效应晶体管MN1211用作源跟随器，可以将放大器204的输出直流电压降低Vgs，大约0.4V ；P型场效应晶体管MP1213和R1212用于保证MN1211的Vgs不随流经它的电流而变化。使用源跟随器的目的是减小负载电阻，避免这部分电压电流转换再通过上层2.2K偏置电阻进行电压转换的过程中产生增益损失。
[0037]对于图5实施例，电压电流转换模块205由电平移动电路223和可配置负载电阻阵列(由RL1214，RL2215，RL3216和选择开关SW1217，SW2218)组成。电平移动电路223包括三个器件，N型场效应晶体管MN1211用作源跟随器，可以将放大器204的输出直流电压降低Vgs，大约0.45V ；P型场效应晶体管MP1213和R1212用于保证MN1211的Vgs不随流经它的电流而变化。保证了动态直流偏置模块的作用不被抵消和电路良好的线性度。另外可配置的负载电阻阵列也可以调整负载电阻的大小，在功耗和动态范围之间寻求更好的平衡。
[0038]综上，本发明的创新点在于:
[0039](I)全新设计的电压电流转换模块。对于公知的三线麦克风转两线麦克风系统，电压电流转换模块是在麦克风的封装之外，直流和交流通路分开，且交流通路的电容C非常大，在大约uF的量级，才能够得到合适的高通截止频率点。由于大电容的限制，这种电压电流转换模块是不适合于芯片内部集成的。而本发明中的电压电流转换模块的直流跟交流通路合并，并利用电平移动技术降低放大器的输出直流电压(见图4、图5实施例)。这样同一个负载电阻既能设定合适的偏置直流电流，又不影响交流转换的增益。
[0040](2)先进的动态直流偏置和交流反馈模块。如前所述，为了得到合乎要求的动态范围，偏置直流电流一般有100uA。本发明中的偏置直流电流在小声音信号输入时只有20uA左右，而在大声压输入时，偏置直流电流则可以达到150uA(见图5实施例)。随着输入信号大小动态调整直流偏置的好处有以下几点:(I)静态功耗低，直流电流大概减小一半；(2)动态范围大；(3)偏置电流产生更少的噪声，信噪比较高。
[0041]本领域普通技术人员可以理解:附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
[0042]本领域普通技术人员可以理解:实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
[0043]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种两线硅麦克风放大器，其特征在于，所述硅麦克风放大器具有四个端口，分别为输入端、高压偏置端、输出端和地端，其中所述输入端和所述高压偏置端与硅麦克风器件接口相连，所述输出端和所述地端用于信号输出；所述娃麦克风放大器的输出信号为所述输出端和所述地端两个端口之间的电流信号。2.根据权利要求1所述的两线硅麦克风放大器，其特征在于，所述两线硅麦克风放大器包括:电源稳压器，电荷泵，输入缓冲器，放大器，动态直流偏置和交流反馈模块以及阻抗转换模块，其中: 所述电源稳压器用于隔绝所述输出端的电压信号并给所述电荷泵、所述输入缓冲器、所述放大器、所述阻抗转换模块以及所述动态直流偏置和交流反馈模块提供稳压电源；所述电荷泵用于产生高压偏置电压，将娃麦克风器件偏置于合适的工作状态； 所述输入缓冲器与所述输入端相连，用于将娃麦克风器件的电容信号转换为电压信号；所述放大器用于对所述输入缓冲器产生的电压信号进行放大； 所述动态直流偏置和交流反馈模块用于根据输入信号的幅度动态调整所述放大器的直流偏置电压，并提供交流反馈回路调整所述放大器的放大增益； 所述阻抗转换模块用于将所述放大器放大的电压信号转换为电流信号，该电流信号中的交流成分流经外部的偏置电阻形成交流输出电压信号。3.根据权利要求2所述的两线硅麦克风放大器，其特征在于: 所述动态直流偏置和交流反馈模块包括动态直流偏置单元和交流反馈回路，所述动态直流偏置单元根据输入信号幅度调整所述放大器的直流输出电压；所述交流反馈回路用于利用电容调整所述放大器的放大增益。4.根据权利要求2所述的两线硅麦克风放大器，其特征在于所述阻抗转换模块为一电阻。5.根据权利要求2所述的两线硅麦克风放大器，其特征在于: 所述阻抗转换模块包括相连接的源跟随器和负载电阻，所述源跟随器用于降低负载电阻上的电压，提高动态直流偏置的效率。6.根据权利要求5所述的两线硅麦克风放大器，其特征在于，所述源跟随器为N型场效应晶体管。7.根据权利要求2所述的两线硅麦克风放大器，其特征在于: 所述输入缓冲器可以为两个，分别为第一输入缓冲器和第二输入缓冲器，所述第一输入缓冲器用于将硅麦克风的电容信号转换为电压信号；所述第二输入缓冲器用于将高压偏置中的噪声信号进行缓冲，以与所述第一输入缓冲器形成差分连接，以抵消高压偏置的噪声； 所述放大器用于对所述第一输入缓冲器产生的电压信号进行放大，同时对高压偏置的噪声进行消除。8.根据权利要求2所述的两线硅麦克风放大器，其特征在于: 所述阻抗转换模块包括电平移动电路和可配置负载电阻阵列，所述电平移动电路包括N型场效应晶体管、P型场效应晶体管和第一电阻，所述N型场效应晶体管用于将所述放大器的输出直流电压降低Vgs ;所述P型场效应晶体管和所述第一电阻用于保证所述N型场效应晶体管的Vgs不随流经它的电流而变化； 所述可配置负载电阻阵列包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一选择开关和第二选择开关，所述第二电阻、所述第三电阻和所述第四电阻依次串联，所述第一选择开关和所述第二电阻并联，所述第二选择开关和所述第三电阻并联。
【专利摘要】本发明公开一种两线硅麦克风放大器，其具有四个端口，输入端和高压偏置端与硅麦克风器件接口相连，输出端和地端提供电流信号输出；电源稳压器隔绝输出端的电压信号并给其它内部模块包括电荷泵、输入缓冲器、放大器、阻抗转换模块以及动态直流偏置和交流反馈模块提供稳压电源；电荷泵产生高压偏置电压；输入缓冲器将硅麦克风的电容信号转换为电压信号；放大器对输入缓冲器产生的电压信号进行放大；动态直流偏置和交流反馈模块根据输入信号的幅度动态调整放大器的直流偏置电压，并且提供交流反馈回路调整放大器的放大增益；阻抗转换模块将放大器放大的电压信号转换为输出端和地之间的电流信号，此电流信号流经麦克风外部的偏置电阻产生电压信号。
【IPC分类】H03F3/45
【公开号】CN105450191
【申请号】CN201410384007
【发明人】孙丽娜, 杨少军
【申请人】北京卓锐微技术有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2014年8月6日